Omul a început să exploreze spațiul înainte de a intra pe orbită - prin crearea de povești științifico-fantastice alte 400
- Este adevărat că Soarele este mic după standardele stelare?
Nu cu siguranță în acest fel.Există stele gigantice roșii care sunt de o mie de ori mai mari decât Soarele - de exemplu, UY Shield, AH Scorpion și W Cepheus. Dar există și alte exemple. De exemplu, steaua 2MASS J0523-1403, descoperită în 2003, are dimensiunea lui Jupiter (dar de 70 de ori mai masivă). Masa sa este de 15 ori mai mică decât soarele - aceasta este limita pentru stele, sub care reacțiile nucleare pur și simplu nu se aprind.
- Cum se transformă stelele în găuri negre?
Această soartă așteaptă stelele cu o masă mai mare de 8-10solar. Din colapsul gravitațional (adică „prăbușirea în sine”) sunt ținute de energia reacțiilor nucleare. Dar, mai devreme sau mai târziu, combustibilul se epuizează: astfel de stele ard mai întâi hidrogen, apoi heliu, apoi carbon - și așa mai departe până când miezul se transformă în fier. În acest caz, reacțiile nucleare din el se opresc și compresia începe sub influența gravitației. Odată ce masa nucleului de fier atinge așa-numita limită Chandrasekhar (aproximativ o masă solară și jumătate), nimic nu poate rezista prăbușirii unei stele într-o gaură neagră.
- Ce este un gigant gazos - înseamnă asta că planeta nu are o fundație solidă și nu poate fi aterizată?
Vorbim despre planete foarte mari, constând înîn principal hidrogen și heliu. Există două dintre ele în sistemul nostru solar: Jupiter și Saturn. Dacă au o suprafață solidă este o întrebare foarte interesantă la care oamenii de știință încearcă să răspundă folosind nava spațială Juno. În prezent se află pe orbită în jurul lui Jupiter.
Când vă scufundați în Jupiter, mai întâi va trebui să treceți prinstratul exterior de nori reci, densi, compus din amoniac si apa. Cu cât observatorul coboară, cu atât presiunea și temperatura din atmosferă sunt mai mari. La un moment dat, hidrogenul se va condensa într-o stare lichidă și va forma un ocean imens. Chiar mai adânc, iar hidrogenul sub presiune enormă începe să se comporte ca un metal lichid.
Datele Juno sugerează că miezul planetei nu are granițe clare, pare a fi dizolvat. Poate că acest lucru s-a întâmplat pentru că acum miliarde de ani gigantul s-a ciocnit cu o altă planetă.
Ciocnirea proto-Jupiter cu o altă planetă.a) înainte de ciocnire - este vizibil un miez solid. b) ora coliziunii, c) zece ore după ciocnire. Datorită coliziunii și amestecării ulterioare, nucleul lui Jupiter s-a dovedit a fi extins și „diluat”. Figura adaptată după Liu și colab. (2019)
- Este posibil să treci printr-o gaură neagră în altă dimensiune?
Nu știm.Ecuațiile lui Einstein presupun că o gaură neagră corespunde unei găuri albe inverse, care poate duce la un univers paralel (puntul Rosen-Einstein). Dar pentru a ajunge acolo, trebuie să te miști cu o viteză mai mare decât lumina. Găurile albe în sine se pot manifesta în Universul nostru sub formă de fulgerări strălucitoare de radiații în gama gamma - și doresc să le găsească de la telescopul cu raze gamma spațiale Fermi. Fizicianul teoretician Lee Smolin a sugerat că găurile albe sunt Big Bang-ul pentru alte universuri.
Diagrama Penrose. Deasupra este o gaură neagră, iar dedesubt este o gaură albă. Și pe laterale sunt două universuri: al nostru și un paralel
Și fizicienii Oleg Lunin și Samir Mathur au propussoluție pentru o gaură neagră, bazată pe teoria superstringurilor. În teoria superstringurilor, toate particulele cunoscute sunt vibrații ale corzilor de energie în spații multidimensionale. Într-o gaură neagră, aceste șiruri și spații sunt împletite, formând o singură structură, asemănătoare cu un ghem de lână scuipat de o „pisică multidimensională” din hiperspațiu.
În dreapta este o gaură neagră „obișnuită” cu o singularitate șiorizont de evenimente, în stânga - o gaură neagră obținută din teoria corzilor, fără orizont de evenimente și fără singularitate (fuzzball - o minge de lână). Artă de Olena Shmahalo/Quanta Magazine
- Cum au descoperit oamenii antici galaxiile dacă nu aveau telescoape moderne?
Ochiul este un instrument sensibil.Putem percepe surse de pe cer până la a șasea magnitudine. Apropo, această scară a fost introdusă de astronomul roman Cladius Ptolemeu. În catalogul său, prima magnitudine a indicat cele mai strălucitoare stele, iar a șasea a desemnat cele mai slabe. Prin urmare, vedem Nebuloasa Andromeda, care are o magnitudine de 3,44, fără telescop. Apropo, această galaxie a fost descrisă pentru prima dată de astronomul și matematicianul persan Abdurrahman al-Sufi cu aproximativ o mie de ani în urmă. El a descoperit și Marele Nor Magellanic.
- De ce spun ei că timpul este a patra dimensiune? Câte dimensiuni sunt deschise?
Până în secolul al XX-lea, oamenii de știință au crezut atuncispațiul și procesele fizice sunt independente unele de altele. Dar în 1905, Albert Einstein a creat teoria specială a relativității, conform căreia timpul și spațiul se pot întinde și contracta. Puțin mai târziu, profesorul său Herman Minkowski a conectat spațiul și timpul într-un continuum comun spațial-timp cu patru dimensiuni.
Pe baza acestor idei, Einstein a dezvoltat un generalteoria relativitatii. El a scris o ecuație care descrie modul în care masa și energia pot afecta spațiul-timp, îndoindu-l și cum se modifică mișcarea materiei în aceste condiții. S-a dovedit că spațiul și timpul sunt participanți la procesele fizice și nu o etapă pentru ele. De aceea oamenii de știință cred că timpul este a patra dimensiune.
Cât despre dimensiunile suplimentare, teoriașirurile permit existența lor la nivel micro, iar ideea asociată de cosmologie pe brană (derivată din cuvântul „membrană”) - dimpotrivă, pe foarte mare. La Large Hadron Collider se caută dimensiuni suplimentare mici, mari - în spațiu, folosind antenele gravitaționale LIGO și VIRGO și telescopul spațial cu raze gamma Fermi-LAT. Până acum, fără niciun rezultat.
- Este adevărat că ceasul de pe vârful unui munte înalt merge altfel decât pe suprafața Pământului?
Întârzierea apare în două cazuri:când un obiect se mișcă cu viteză mare în raport cu un observator extern; lângă sursa gravitațională (planetă masivă, gaură neagră). Un exemplu cu un ceas din a doua categorie. Muntele se află pe suprafața Pământului, care are gravitație, iar timpul de pe vârful muntelui va curge mai repede față de un observator la nivelul mării. Adevărat, acest efect este foarte mic: 83 de nanosecunde pe zi în experimentul Everest.
Dar sateliții GPS zboară la o altitudine de aproximativ 20 de mii de metri.km. Acolo, accelerația gravitațională a timpului este mai semnificativă. Timpul curge cu 40 de microsecunde pe zi mai repede decât pe suprafața planetei, iar acest lucru trebuie luat în considerare. În acest sens, sateliții GPS sunt un excelent laborator pentru testarea efectelor teoriei relativității.
- Cum pot fi curbate timpul și spațiul?
Știm că timpul și spațiul se deformeazădar cum o fac este o întrebare dificilă. Pentru a răspunde, trebuie să luăm în considerare acțiunea gravitației la nivel cuantic, dar nu există încă o teorie universală pentru aceasta.
Există abordări separate, cum ar fi teoria corzilorsau gravitația cuantică în buclă. Acesta din urmă reprezintă spațiul nu ca continuu, ci ca fiind format din bucle închise ale câmpului gravitațional. La scară mare arată ca spațiul obișnuit al relativității generale, iar la scară mică arată ca fiind format din pixeli. Masa și energia plasate într-un astfel de spațiu de buclă îl afectează și astfel îl distorsionează.
- Este adevărat că vidul nu este de fapt gol și că particulele însele apar în el?
Conform teoriei câmpului și principiului incertitudiniiHeisenberg, pentru perioade foarte scurte de timp, vidul poate fi într-o astfel de stare de energie în care este capabil să genereze particule pereche. Oamenii de știință le numesc virtuale. Sunt oarecum diferite de cele obișnuite, dar în același timp se supun legilor de conservare cuantică.
Nu putem observa particule virtuale, eise nasc in perechi si se anihileaza rapid fara sa ne afecteze in vreun fel. Cu toate acestea, acest echilibru poate fi perturbat în unele cazuri, de exemplu, în prezența unui câmp gravitațional puternic, ca într-o gaură neagră. Stephen Hawking a arătat că găurile negre pot nu numai absorbi, ci și emite particule (în mare parte fotoni) și, prin urmare, se evaporă. Înainte de asta, se credea că nimic, nici măcar lumina, nu poate „scăpa” dintr-o gaură neagră.
- Ce este Big Bang-ul? De ce s-a întâmplat?
Acesta este un model teoretic care descrieapariția Universului modern dintr-o stare foarte densă și foarte fierbinte. Într-o picosecundă (o trilionime dintr-o secundă), în ea au apărut interacțiuni fundamentale: mai întâi gravitaționale, apoi electromagnetice, slabe și puternice. Apoi, la temperaturi foarte ridicate, a început nașterea perechilor particule-antiparticule, iar după aceea s-au anihilat, al căror produs este un foton (lumină).
Din fericire pentru noi, a apărut o asimetrie:pentru un miliard de perechi proton-antiproton, un proton s-a dovedit a fi „în plus”. Toate stelele, galaxiile, planetele și noi înșine sunt formate din această miliardă parte. În următoarele sute de mii de ani, lumina și materia au fost „încurcate”, iar universul a fost foarte opac. La aproximativ 400.000 de ani după Big Bang, s-a răcit și au început să se formeze atomii. Nu au mai rămas electroni liberi, iar Universul a devenit transparent la lumină. A existat o explozie puternică de radiație, pe care acum o observăm ca radiație relicvă (fond cosmic cu microunde).
De ce Universul a început să se extindă dintr-o stare foarte comprimată, nu știm (precum ce a fost înainte de Big Bang). Poate că motivul au fost fluctuațiile cuantice ale vidului.
- De ce navele spațiale nu pot zbura cu viteza luminii?
Din teoria relativității speciale rezultă:pentru a accelera un obiect masiv la viteza luminii, trebuie să cheltuiți o cantitate infinită de energie. Ceea ce, desigur, este imposibil. Doar particulele fără masă, cum ar fi fotonul, se pot mișca cu viteza luminii.
În 1994, fizicianul mexican Miguel Alcubierrea propus ideea unei unități warp (ca în seria de cult science fiction Star Trek). În loc să călătorească la FTL, nava spațială trebuie să comprima spațiu-timp în fața sa și să-l extindă în spatele ei, în timp ce se află într-o bula de spațiu-timp plat. Adevărat, au fost câteva probleme nerezolvate. Pentru a crea o astfel de bule, este nevoie de materie exotică cu masă negativă. Vestea bună este că o lucrare recentă a găsit soluții pentru bulele de urzeală superluminale cu o densitate de energie pozitivă. Dar problema rămâne cum să dispersăm bula în sine cel puțin la viteza luminii și de unde să obțineți multă energie fără a crea o gaură neagră.
Redare 2D a motorului Alcubierre
- Ce substanță este mai mult în univers?
Conform ultimelor date obținute de spațiuObservatorul Planck, Universul nostru este format din doar 5% din materie obișnuită sau, după cum spun oamenii de știință, materie barionică, adică stele, galaxii, gaz și tu.
O parte mai semnificativă - 26% - estematerie întunecată. A fost descoperit prin studierea rotației galaxiilor și a clusterelor lor. Masa și gravitația nu au fost suficiente pentru a explica „comportamentul”. Prin urmare, a fost necesar să se introducă conceptul de materie întunecată, care se manifestă doar prin gravitație și nu interacționează altfel cu materia obișnuită. De fapt, nu se știe ce este materia întunecată.
În stânga este o hartă a radiațiilor gamma cu o energie de 1-3.16 GeV în centrul galaxiei noastre. Pulsari cunoscuți semnat. Dacă eliminăm toate sursele cunoscute de radiații gamma, așa cum se arată în dreapta, atunci va exista un exces de radiație, care poate fi explicat prin anihilarea materiei întunecate.
În sfârșit, cea mai misterioasă substanță carereprezentând 69% este energia întunecată, despre care nu știm aproape nimic. Se manifestă în primul rând prin expansiunea Universului. În plus, oamenii de știință au ajuns la concluzia că densitatea Universului este aproape critică. Cu toate acestea, materia (regulată + întunecată) reprezintă doar 30% din densitatea critică. Unde este restul? Aceasta ar putea fi energia spațiului sau a vidului în sine, sau o forță suplimentară necunoscută, care se numește în mod obișnuit energie întunecată.
- Cât de probabil este să existe și alte ființe inteligente în galaxia noastră?
Există multe indicii că galaxia noastrătrebuie să fie plină de viață. În primul rând, conform telescopului spațial Kepler, există aproximativ 40 de miliarde de planete asemănătoare Pământului care orbitează în jurul stelelor asemănătoare soarelui sau piticelor roșii și se află, de asemenea, în zona locuibilă (condiții favorabile pentru originea vieții).
În al doilea rând, viața pe planeta noastră a apărutaproape imediat după formarea Pământului și există de 4 miliarde de ani. Cât despre ființele inteligente, este ceva mai complicat. La scară galactică, omul există pentru o perioadă neglijabil de scurtă.
Astronomul american Frank Drake a compilato ecuație pentru estimarea numărului de civilizații avansate din galaxia noastră, dar are multe necunoscute. Prin urmare, soluția pentru aceasta variază foarte mult - de la 20 de bucăți la 50 de milioane! Acesta din urmă este puțin probabil, deoarece există și paradoxul Fermi, care sună literal așa: de ce nu observăm urme ale civilizațiilor avansate - sateliți, diverse semnale radio și așa mai departe? Poate că condițiile de pe planeta noastră și din sistemul solar sunt încă unice (de exemplu, avem un Jupiter uriaș, care protejează Pământul de meteoriți mari și asteroizi cu câmpul său gravitațional). Adică viața, poate, nu este o regulă pentru Univers, ci o mare excepție.
- Ce se va întâmpla cu Universul la sfârșitul existenței sale?
Acum, scenariul cel mai probabil esteunivers în expansiune rapidă. În aproximativ un trilion de ani, toate galaxiile vor zbura dincolo de Universul vizibil. În 100 de trilioane de ani, ultima stea, o pitică roșie, va exploda. În decurs de 10 miliarde de ani, galaxiile se vor destrăma, iar rămășițele lor vor începe să cadă în găuri negre. Ce se va întâmpla cu viața inteligentă? Aceasta este o eră foarte lungă și o civilizație super avansată poate găsi o modalitate de a folosi găurile negre ca surse de energie.
Mai devreme sau mai târziu, chiar și găurile negre se vor evaporaContul de radiații Hawking (conform diferitelor ipoteze, în 1040-10106 ani). Desigur, totul se poate termina mult mai repede dacă densitatea energiei întunecate crește în timp. În acest caz, la un moment dat, să zicem peste 20-70 de miliarde de ani, rata de expansiune a Universului va fi atât de mare încât toată materia se va rupe la nivel subatomic. Acest scenariu se numește Big Rip.
Și dacă priviți și mai departe în viitorul inimaginabil, atunci, într-o zi, fluctuațiile cuantice pot duce din nou la nașterea universului.
Aceste răspunsuri pot duce la noi întrebări −explorarea spațiului este nesfârșită. Puteți aprofunda subiectul cu ajutorul cursului interactiv „Space Printing” de la „Uchi.ru”. Este pentru cei care doresc să stăpânească abilitățile de tastare la atingere și să salveze Universul de roboții agresori pe parcurs.
Citeste mai mult:
Cel mai mare arbore genealogic al omenirii a arătat istoria speciei noastre
Combustibil dezvoltat ecologic pe bază de dioxid de carbon
Marea Piramidă a lui Keops va fi studiată cu ajutorul razelor cosmice